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        石油焦粉燃燒系統

        國家大力倡導鼓勵企業發展環保節能生產工藝,經過幾年時間開發及應用,其中以石油焦粉來代替工業窯的重油、煤焦油、天然氣等燃燒工藝,節能效果可達20%-40%,從而帶動了窯爐工業的蓬勃發展,在窯爐熔煉生產工藝中,石油焦粉粉料輸送與噴吹燃燒中得到了成功應用。

        石油焦代替重油、天然氣、煤焦油在工業窯爐內燃燒節能顯著
                                ---暨石油焦粉為燃料在玻璃窯爐中的應用
         
        一、石油焦代替重油、天然氣、煤焦油應用于玻璃窯爐
        1、簡介
        工業熔窯和工業鍋爐在生產過程中一般以重油、天然氣、煤焦油和煤制氣為燃料,因為重油來源廣泛,熱值高,因此大多數生產廠家以重油作為熔化產品或鍛燒鍋爐所需的燃料。隨著世界石油資源的日益短缺,重油價格飛速攀升,產品制造的燃料成本逐步上升,企業為此背上沉重的負擔。由于重油價格的不斷上漲導致企業利潤空間日趨縮小,生產經營舉步維艱,發展受到嚴重制約。
        長沙方大電力輔機有限公司科技人員為解決用戶工廠燃料成本居高不下的局面,通過廣泛的市場調研和認證,結合多年的氣力輸送理論及實踐經驗,運用氣力穩壓技術,輸送流量控制技術、粉體物料流態化技術和PLC程控技術相結合,攻克了多項技術難題,專業開發、設計并制造的JSB\QLB\LT系列工業窯(鍋)爐石油焦粉燃燒輸送泵,在玻璃熔窯、化工產品窯爐及工業鍋爐中取得了巨大成功。
        采用石油焦粉替代重油、煤焦油、天然氣等在玻璃熔窯和工業鍋爐中得到了廣泛運用,實現了石油焦粉的全窯使用,生產的產品質量始終保持穩定并有所提高。燃料成本折合為重油每噸降低2000元以上(以2010年上半年平均重油價格為比較),企業獲得了良好的經濟和環保效益。實踐證明,石油焦粉具有熱值高、流動性好、燃燒充分、灰份低、SO2排放量少等優點,燃燒石油焦粉后取得了與燃燒重油相同的效果,完全符合玻璃熔窯和工業鍋爐對燃料的特殊要求。并申請獲得一項國家發明專利證書和五項國家新技術專利證書。
        2、石油焦粉與重油比較
        石油焦粉干基熱值約8500~8600kcal /kg,重油熱值9500~9600kcal /kg,根據窯爐不同熱效率和熔化率,燃燒1.01~1.1噸石油焦粉與1噸重油熱值相當(也就是說窯爐采用石油焦粉代替重油,每消耗1噸重油需用1.1噸石油焦粉)。通過實驗, 石油焦粉燃燒時火焰溫度穩定在1680~1710℃之間,完全滿足玻璃熔化需要。石油焦粉的主要材料為石油焦,其灰分為0.03~0.1%,含硫量<1%,C含量為85%,其它輕質可燃物約13.7%,各項成份指標與重油類似,不會對玻璃液產生污染。石油焦粉與重油燃燒產生水份含量比較:重油元素組成:C-86.4%;H-12.7%,每噸重油含氫127公斤,可生成1143公斤水。1.1噸石油焦粉替代1噸重油時,其物理化合合成水分約1030公斤,等熱值水焦漿生成水份比重油略少或接近。石油焦粉在霧化燃燒過程中水分呈微料狀態,高溫下迅速氣化并隨煙氣排放,不會對熔窯耐火材料形成異常侵蝕。
        通過石油焦粉燃燒工業實驗發現,石油焦粉火焰與重油有一定的差異,主要體現在石油焦粉燃燒時火根溫度低于火梢約20~30℃。其它如火焰長度、擴散面、形狀等都與重油燃燒時的火焰類似。玻璃熔窯碹結構均為拱形,使用重油時,因火根溫度高,碹腳部位極易燒蝕,噴槍嘴壽命不長。而石油焦粉因其燃料特性決定了火根溫度較重油低,減輕了碹腳部位的燒蝕,大大的延長了噴槍嘴壽命,因此使用石油焦粉作為玻璃熔窯燃料時不會對熔窯造成異常燒蝕。
        石油焦粉與重油燃燒需氧量比較:重油含碳86.4%,含氫12.7%,燃燒1噸重油需氧3320公斤。石油焦粉干基碳粉含碳95.9,含氫3.8%,燃燒1.1噸石油焦粉,需氧3347.76公斤。兩者需氧量很接近,需要助燃風量相同,產生廢氣量接近。
        3、石油焦粉燃燒與重油燃燒之間的節能比較
        以500t/d浮法玻璃生產線燃料全窯消耗為例計算↓
         
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         以1.0t/h工業鍋爐全窯消耗為例計算↓
        圖片2.png
        三、石油焦粉燃燒三大系統
         
         1、羅茨風機+QLB低壓輸送泵+噴槍
         1)概述
        QLB系列可調式低壓輸送泵為核心,羅茨風機為動力氣源,粉體流量控制技術和流態化技術相結合,雙通道旋流噴槍為射流裝置,運用DCS集中控制等組成的玻璃熔窯石油焦干粉噴吹燃燒系統。系統運行壓力在35-65kpa之間,輸送管徑大、噴槍口徑大、焦粉噴吹流速低,助燃空氣適中,燃燼率99%以上,火焰長度及爐內溫度運用變頻調節。南、北換火自動切換,系統一次性調整后,保持窯爐穩定燃燒,20分鐘換火時間內,溫度波動±5℃以內。自動化程度高、操作筒單、是玻璃熔窯石油焦干粉噴燒的先進裝備,技術處于國內頂尖水平。
         
        2、廠內壓縮空氣+JSB高效輸送泵+噴槍
         
        1)氣源:廠內壓縮空氣,經過除水、除油后,為氣力輸送系統提供氣源。
        2) JSB高效輸送泵工作原理:采用雙層鎖氣結構,整個泵體由強制給料鎖氣器、傳動軸、止回器、混合室、射流器組成。粉狀物料由進料口進入強制給料鎖氣器,隨著強制給料鎖氣器將物料推進到泵進口處,此時止回器在物料的頂壓下開啟,物料進入下混合室,在混合箱的下部裝有可調超音速噴嘴,物料在混合箱中經噴嘴噴出的空氣充分流態化后進入輸料管輸送至目的地。
         
         

        1. 特點:本設備采用直聯傳動方式,同時采用強制鎖氣給料器設計,應用噴射器原理,使泵出料端工作氛圍基本呈相對負壓狀態,有效解決了輸送管道系統壓力變化對泵出料帶來的影響。耐磨件采用硬質合金制成,有效的降低了設備的磨損,延長了設備的使用壽命。該設備增加了獨特的創新技術,性能可靠,結構新穎,維護簡單,運行費用低、控制系統要求該送粉系統采用專利型高效泵的方式將焦粉送入爐內,從而達到控制火焰的剛性、長度、爐內氣氛和不同區域的空氣需求的目的,滿足各種不同情況下穩定、有效的燃燒,確保玻璃質量不受影響。

         
        4)控制系統說明:
        1、一座窯的焦粉燃燒系統設三個氣動閥和四個電磁閥,其中兩個氣動閥為南火和北火的燃燒閥,一個氣動閥為換火時的回粉氣動閥,三個電磁閥為換火時的吹掃電磁閥,還有一個電磁閥為粉倉底部流化用吹掃電磁閥。
        換火控制程序與原先要求相同,也是由廠家原有的換火控制信號控制電控柜各閥門換火開關,如廠家北火關閉,換為燒南火,程序是:收到換火信號后,回粉氣動閥打開→北火氣動閥關閉→北火吹掃電磁閥打開(1-15秒后關閉,時間可調)→(延遲1-200秒,時間可調)開南火氣動閥→關回粉氣動閥,各閥動作后的延遲時間要求均可調。
        2、粉倉底部流化氣動閥要求開關時間均在1-1000秒時間內可調。
        3、泵的流量關系曲線:每臺泵要都能分別在觸摸屏上輸入流量與頻率關系曲線。
        4、溫度與流量控制程序:流量控制為兩種程序,設手動輸入控制和給定溫度自動控制程序,溫度自動控制程序要采用PID調節方式,做到溫度控制在1℃的波動范圍。 5、南火和北火與溫度流量關系控制程序:手動控制模式:南火和北火分別設輸入流量高限值、流量低限值、正常值三個數值,當換火后自動流量變為對應的南火或北火流量低限值,然后流量由低限值每隔一個設定的時間(在0—200秒可調)升高一個流量值(在1—50kg/小時可調),直到設定的正常值為止,然后由手動控制輸入流量數值調節溫度。自動控制模式:流量在換火后自動降低為流量低限值,然后流量由低限值每隔一個設定的時間(在0—200秒可調)升高一個流量值(在1—50kg/小時可調),直到設定的正常值為止,然后由PID調節方式控制溫度,做到溫度控制在1℃的波動范圍。
         
         3、廠內壓縮空氣+高壓倉式泵+噴槍
        1)廠內壓縮空氣,經過除水、除油后,為氣力輸送系統提供氣源。
         2)采用倉式泵作為發送設備,倉泵與管道一對一配置。倉泵為間隙式運行方式。
         
        四、石油焦粉制備
         
        1、石油焦粉制備及燃燒技術基本原理
        石油焦粉燃燒技術是選用以石油焦為母料,各類添加劑為輔料,經一級破碎、強力研磨、調配改性后制成的合成碳粉為燃料,通過總儲罐、分料系統、計量控制系統及粉料發送系統等將燃料輸送至專用燃燒器,根據不同工業窯爐的工藝條件和要求,燃料定量從燃燒器內噴出并連續、均勻、穩定地燃燒,所產生的高強熱量對窯內物料進行有效熔化,最終生產出合付質量要求的各類產品。

        1. 石油焦粉制備及燃燒系統工藝流程

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        3、石油焦粉優勢及特點
        石油焦粉熱值高達8300~8700kj/kg,燃燒實測火焰溫度達到1680~1730℃,滿足了工業窯爐工藝對溫度的要求。
        石油焦粉的母料石油焦屬石油提練過程中的系列產品之一,因此灰份極低,一般<0.5%,通常約為0.3%甚至更低,與重油灰份相近,在工業窯爐中燃燒時,不會對產品造成污染,確保了產品的質量。
        經燃燒測定,石油焦粉燃燼率≥99%,由于石油焦粉主要成分為C,因此火焰輻射能力強,而熔窯內對流、輻射、傳導三種傳熱方式中輻射傳熱作用最大,因此,石油焦粉的熱利用率較高,有利于熔窯內配合料的熔化。
        石油焦粉燃料在替代重油等燃料油時,不會改變原有的窯爐結構,其專用燃燒器外徑、火焰覆蓋面積等與燃料油噴槍接近,且角度調節范圍大,與助燃風混合均勻,因此,與不同燃料及相應的燃燒器互換性能好,不需對窯爐結構進行任何變更和改造。
        石油焦粉燃燒系統運行時的電量消耗主要為收塵器,次要電量消耗為各控制電、氣動閥及計算機控制站,一般電耗<0.8KW/噸粉。
        采用性能穩定的電子秤系統對噴粉量進行精確計量,稱量精度控制能達到1%,煤粉計量根據工藝需要值(輸入量)系統自動控制。
        系統運行時壓縮空氣用量少,根據不同的氣固比可自動調節用氣量,單路燃燒系統耗氣量通過實測比重油燃燒系統低10%左右,整個系統壓縮空氣的總壓力一般要求控制在5~6kg/cm2。
        石油焦粉通過專用的粉體分配器及燃燒器噴入窯內燃燒時,火焰長度可根據工藝需要有效調整,碳粉噴出截面的均勻度在98%左右,一般不存在偏析現象燃燒時火焰清晰、明亮,橫向溫度梯度合理。同一小爐各燃燒器的噴煤量均衡誤差可通過調節器進行調節,最大限度保證了火焰間的平衡。
        噴吹系統設全自動、手動、緊急操作(發生故障時用)三種操作方式,以全自動控制為主,現場手動主要用于調試。設有溫度、壓力、流量、重量等的顯示、報警功能。設有噴粉量均勢曲線、各系統噴吹狀態等重要畫面。噴吹量按設定值自動調節,對噴吹裝置進行自動充壓、卸壓、裝粉、倒換等程序控制。
        系統結構緊湊、實用,運行時故障率極低,如正常的巡檢與定期檢修按標準執行,系統運行可靠性能得到充分保障。
        系統占地面積?。ǜ》ǜG約15×8M,日用玻璃窯約6×4M),輸送距離長(50~300M),因此系統布置時對場地的要求不嚴。在爐前安裝時,不與原有的燃燒系統沖突,可保留原有的燃燒系統作為備用。
        石油焦粉這種新型能源所具備的高熱值、低雜質(灰)、低硫燃燒特性,使它可廣泛替代使用燃料油為燃料的各類工業窯爐,隨著其制備和燃燒技術的發展,石油焦粉的應用領域將越來越廣泛。同時,隨著石油提練業的發展,石油焦資源將越來越豐富,其替代燃料油成本優勢必將受到各行業的高度關注和積極開發。
        石油焦粉母料為石油焦,石油焦作為石油煉化終端產品未列入國家能源序列。消耗石油焦粉不計入能源消耗,能源GDP降耗100%。
         
        五、關于玻璃窯爐分類
        玻璃窯爐由于配合料在這種窯的槽形池內被熔化成玻璃液,故名窯爐。
        根據制造的產品,主要分為: 1,平板玻璃窯; 2,日用玻璃窯?!?br/>根據成型的方法,主要分為: 1,浮法玻璃窯;  2,平拉玻璃窯;  3,垂直引上玻璃窯?! ?br/>根據熔制玻璃使用的熱源可以分為:1,火焰窯,以燃燒燃料為熱能來源; 2電熱窯,其以電能作為熱能來源; 3,火焰電熱窯,其以燃料為主,電能為輔。
        根據熔制過程的連續性,主要分為: 1,間歇式窯,其玻璃熔制的各個階段在窯內同一部位不同時間依次進行的,窯的溫度制度是變動的; 2,連續式窯,其玻璃熔制的各個階段在窯內同一時間窯不同部位依次進行的,窯的溫度制度是穩定的。
        根據煙氣余熱回收設備,主要分為: 1,蓄熱式窯,即按蓄熱方式回收煙氣余熱; 2,換熱式窯,即按照熱方式回收煙氣余熱。
        根據窯內火焰流動的方向,主要分為: 1,橫焰窯,即窯內火焰作橫向流動,與玻璃流動方向垂直,我國大型玻璃窯多是此種形式; 2,馬蹄焰窯,即窯內火焰作馬蹄形流動,多在中,小型玻璃窯使用; 3,縱焰窯,即窯內火焰作縱向流動,與玻璃液流動方向相平行。
         
        六、總結
        本文介紹了石油焦代替重油、天然氣、煤焦油在工業窯爐內燃燒三大系統的工藝,以及石油焦粉的制備,并且詳細分析了石油焦粉代替重油、天然氣、煤焦油等燃料的經濟價值,從而論證了石油焦粉的利用是變廢為寶的經典案例。


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